中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所研究員張加祥、歐欣團隊與中山大學教授劉進團隊、中國科學技術大學教授霍永恒團隊合作,首次在混合集成光量子芯片上實現(xiàn)了空間上分離的量子點單光子源之間的片上量子干涉互聯(lián),為構建可擴展的片上量子網(wǎng)絡奠定了重要基礎。相關研究成果近日發(fā)表于《自然-材料》。

與傳統(tǒng)微電子芯片發(fā)展路徑類似,光量子芯片的出現(xiàn)是推動光量子信息技術走向?qū)嵱没谋厝悔厔荨Ｈ欢?當前主流光量子芯片存在發(fā)射效率低、多光子量子比特制備困難等問題。固態(tài)原子具有類原子的二能級結(jié)構,可實現(xiàn)確定性、高效率的單光子發(fā)射,是實現(xiàn)片上多光子量子比特制備的理想光源,但同時面臨著頻率非均勻展寬與缺乏高效混合集成技術等瓶頸,限制了其在大規(guī)模片上集成與量子網(wǎng)絡互聯(lián)中的應用。

針對這些問題,研究團隊從機制和工藝上進行突破,提出了鈮酸鋰薄膜上應力調(diào)控新機制,開發(fā)針對性的片上局域應力調(diào)控技術,實現(xiàn)了量子點單光子源寬范圍、高動態(tài)、可逆的光譜精細調(diào)諧。

同時,研究團隊發(fā)展了基于“微轉(zhuǎn)印”工藝的百納米精度混合集成技術平臺,實現(xiàn)多達20個確定性量子點單光子源的同步片上集成與光譜調(diào)諧;構建了基于量子點確定性光源的迄今最大規(guī)模混合集成光量子芯片,并實現(xiàn)了片上不同量子點單光子源的量子干涉互聯(lián),片上互聯(lián)距離0.48毫米,干涉可見度73%。

值得一提的是,該平臺兼具芯片集成、寬域調(diào)諧、4開爾文低溫兼容、超低功耗以及可逆調(diào)控5個關鍵特性,可支持千量級量子點光源的同時芯片集成,也可為其他新興鐵電薄膜材料在片上的量子調(diào)控應用提供技術指導。

相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41563-025-02398-1

(原載于《中國科學報》?2025-11-11?第1版?要聞)